JP2006220017A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の排出ガス規制強化に対応するため、燃料噴射粒子径の微粒子化を促進することができる燃料噴射弁を得るものである。
【解決手段】 複数の噴孔を有するプレートと、噴孔の上流に弁座を設けたバルブシートと、このバルブシートに設けられた燃料通路と、この燃料通路と噴孔との間に構成された燃料キャビティと、弁座に離着する弁部材とを備えた燃料噴射弁において、燃料キャビティを複数の分割通路に分け、噴孔の近傍で分割通路が交わるように構成したものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は、自動車のエンジンなどに使用される内燃機関の燃料噴射弁に関するものである。

従来の燃料噴射弁においては、複数の噴孔を有するプレートと、噴孔の上流に弁座を設けたバルブシートと、このバルブシートに設けられた円筒形燃料通路と、この円筒形燃料通路と噴孔との間に構成された燃料キャビティと、弁座に離着する弁部材とを備えており、弁部材の動作により加圧された燃料は、弁座から円筒形燃料通路を通り、燃料キャビティ内を弁座の中心軸から外周方向へ水平に流れて噴孔に到達し、この噴孔を通過して噴射されていた（例えば、特許文献１参照）。

また、別の燃料噴射弁においては、燃料キャビティが複数の通路に分かれており、この通路の下流に噴孔を有する渦流室が設けられており、燃料は渦巻き流として噴孔から噴射されていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３９０３６号公報（第２−３頁、図２） 特開２００２−９８０２８号公報（第２頁、図３）

近年の自動車の排出ガス規制強化に対応するため、燃料噴射粒子径のさらなる微粒子化が必要となっている。燃料噴射粒子径が小さいほど、燃料蒸発が促進されるとともに、エンジン内壁への燃料付着量が減少し、未燃焼の燃料排出量が低減されるからである。従来の燃料噴射弁においては、燃料キャビティが円筒状の空洞であるため、燃料が噴孔に流入する直前に、燃料キャビティ内で燃料の流れが整流されるため、噴孔から噴出される燃料流れの乱れが小さく、燃料噴射粒子径のさらなる微粒子化が困難であるという問題があった。燃料を渦巻き流として噴孔から噴射させる場合でも、流れが整流されて噴孔に流入するときの流れの乱れは小さくなることから、微粒子化の促進効果は小さいという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料噴射粒子径の微粒子化を促進することができる燃料噴射弁を得るものである。

この発明に係る燃料噴射弁においては、燃料キャビティを複数の分割通路に分け、噴孔の近傍で分割通路が交わるように構成したものである。

この発明は、噴孔の近傍で燃料キャビティの分割通路が交わるように構成することにより、分割通路を流れてきた燃料同士が噴孔の近傍で衝突し、燃料の流れの乱れが大きくなる。一方、噴孔へ流入する燃料の流速（噴孔へのアプローチ速度）が大きくなれば燃料の流れの乱れが大きくなる。よって、噴孔から噴出される燃料の流れの乱れが大きくなり、微粒化が促進されるという、顕著な効果を奏するものである。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。燃料噴射弁１は、樹脂製ハウジング２の内部に電磁コイル３、固定鉄心４および磁気通路を構成する金属板５が配置され一体成形されている。電磁コイル３は、樹脂製のボビン３ａとその外周に巻線されているコイル３ｂおよび外部との接続のために設けられたターミナル６により構成され、樹脂製ハウジング２に一体成形されている。

固定鉄心４の内部には圧縮バネ７の荷重を調整するアジャスタ８が固定されている。磁気通路を構成する金属板５は、一端が固定鉄心４に溶接で固定され、他端が磁気通路を構成する磁気パイプ９に溶接されている。固定鉄心４と磁気パイプ９との間には、磁気パイプ９の内部に配置された可動鉄心１０が上下に可動なように非磁性パイプ１１が配置され、この非磁性パイプ１１は、固定鉄心４と磁気パイプ９とに固定されている。

可動鉄心１０の一端には、ニードルパイプ１２が溶接固定されている。ニードルパイプ１２の可動鉄心１０側の一端は圧縮ばね７に当接しており、他端は弁部材としてボール１３が溶接固定されている。

図２は、本実施の形態における、図１に示す燃料噴射弁１の先端部分Ｂの一部拡大断面図である。図２においては、燃料噴射弁の先端部分は円対称であるため、中心線から左の部分のみを示している。図２において、ボール１３は、磁気パイプ９の内部に配置されたバルブシート１４にガイドされ、バルブシート１４のシート部１４ａに着座および離座できるように配置されている。ボール１３の外周部は、五角形に加工され、この外周部とバルブシートのガイド部１４ｂおよびシート部１４ａとの隙間で燃料通路１４ｃを形成している。噴孔１８と燃料キャビティ１９とが形成されたプレート１７がバルブシート１４に取り付けられている。

図３は、本実施の形態におけるプレート１７を、バルブシート１４に接する側から見た模式図である。図３において、プレート１７は円対称であるため１／４の部分のみを示している。プレート１７において、噴孔１８は貫通孔で、燃料キャビティ１９は溝で形成されている。燃料キャビティ１９は、プレート１７の中心から放射状に形成された直線通路２０や円周方向に形成された外周通路２１などで構成されている。外周通路２１の通路断面積は、直線通路２０の通路断面積の１／２以下である。噴孔１８は、外周通路２１の外側壁２１ａより外周側に形成されており、図２に示すように燃料の出口側が入口側より外周側になるように傾斜した貫通孔である。分割通路２２は、直線通路２０、外周通路２１および後述の共通通路の組み合わせで構成されており、図３において矢印で示すように、ひとつの分割通路２２ａと他のひとつの分割通路２２ｂとは、噴孔１８の近傍で交わり、この交わる点（交点）２３から噴孔１８までは同じ共通通路２４となる。つまり、プレート１７には、プレート１７の中心と噴孔１８とを連通し、噴孔１８の近傍で交わる複数の分割通路２２で構成された燃料キャビティ１９が形成されている。

次に、本実施の形態における、燃料噴射弁１の動作について説明する。図１において、外部よりターミナル６を介して電磁コイル３に通電すると、固定鉄心４、金属板５、磁気パイプ９および可動鉄心１０で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動鉄心１０が固定鉄心４に磁気吸引力により引きつけられ、可動鉄心４と接合され一体となっているニードルパイプ１２およびこのニードルパイプ１２に溶接固定されているボール１３が動作し、バルブシート１４のシート部１４ａとボール１３の間に燃料通路１４ｃが開口する。燃料は、デリバティブパイプを（図示せず）介して図１の上部より燃料噴射弁１の本体に流れ込みフィルタ１６を通過し、固定鉄心４内に配置されているアジャスタ８および圧縮ばね７、可動鉄心１０、ニードルパイプ１２の内部を通り、更にバルブシートのガイド部１４ｂとボール１３の外周との隙間を通って燃料通路１４ｃから燃料キャビティ１９へ供給され、プレート１７に形成された噴孔１８より外部に噴射される。

図４は、本実施の形態における、燃料キャビティ１９での燃料の流れを説明する模式図である、図４を用いて、燃料通路１４ｃから燃料キャビティ１９に流れ込んだ燃料の流れについてさらに詳しく説明する。燃料通路１４ｃから燃料キャビティ１９へ流れ込んだ燃料流３１は、減速することなく直線通路２０をプレート１７の中心から外周方向へ進み、外周通路２１の外側壁２１ａに沿って円周方向に２方向に分かれる燃料流３２、３３となる。左右に分かれた燃料流３２、３３は、燃料流３１の流速より減速することなく、もしくは加速されて、同じような経路で相反する方向から流れてきた燃料流３２、３３と噴孔１８の近傍の交点２３で衝突し、ひとつの燃料流３４となって共通通路２４を通って噴孔１８へ流れ込む。このとき、共通通路２４を流れる燃料流３４には、燃料流３２と燃料流３３の衝突により大きな乱れが発生する。燃料流３４に発生した乱れが減衰しないうちに噴孔１８に流れ込ませるために、燃料流３４が発達流れになる前に噴孔１８に到達するように、以下に示すように共通通路２４の形状を決めている。

図４に示すように共通通路２４の通路断面積をＡ、交点２３から噴孔１８までの長さをＬとした場合、共通通路２４に流入した燃料流３４が発達流れとなるのに要する交点２３からの共通通路２４側への距離は、一般に乱流速度助走区間として、下記に示す（１）式で与えられる。

ここで、ｕは燃料流の流速、ｖは燃料の動粘度係数である。（１）式を本実施の形態における燃料噴射弁に適用すると、燃料流３４が発達流れになる前に噴孔１８に流入させるためには、Ｌ／Ａ^１／２が１５以下であればよい。さらに、Ｌ／Ａ^１／２が８以下であれば噴孔１８に達する燃料流３４は、流量の変化に関わらず発達流れにならないので好ましい。共通通路２４がこの条件を満たしていれば、複数設けられた共通通路２４のＡおよびＬはそれぞれ異なっていてもよい。

このように構成された燃料噴射弁においては、燃料通路から燃料キャビティに流れ込んだ燃料が分割通路を流れて、噴孔の近傍の交点で対向して流れてきた燃料流同士が衝突し、大きな乱れが発生する。この大きな乱れをもつ燃料流が共通通路を通って噴孔へ到達して、噴孔から燃料が噴出するときに燃料の流れの乱れが大きくなり、その結果、燃料噴射粒子径の微粒子化が促進される。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２における、燃料噴射弁のプレートを、バルブシートに接する側から見た模式図である。本実施の形態においては、プレートの形状以外は実施の形態１と同様な構造の燃料噴射弁である。実施の形態１では、噴孔が外周の外側壁より外周側に形成されていたが、本実施の形態では、図５に示すように、噴孔１８が外周通路２１の内側壁２１ｂより内周側に形成されている。

このように構成された燃料噴射弁においては、噴孔１８の近傍の交点２３で燃料流同士が衝突して燃料流に大きな乱れが発生し、ひとつになった燃料流３４が共通通路２４を通って噴孔１８に到達する。そのため、噴孔１８から燃料が噴出するときに燃料の流れの乱れが大きく、その結果、燃料噴射粒子径の微粒子化が促進される。図６は、本実施の形態における、噴孔１８の拡大断面図である。共通通路２４を流れる燃料流３４は、内周方向に向かっているのに対して、噴孔１８は出口側が外周方向に傾斜した貫通孔であるため、図６に示すように、噴孔１８の内部で方向を大きく変えられる。このため、噴孔１８の内側壁４１ａに燃料流が強く押しつけられ、噴孔１８の外側壁４１ｂ近傍には燃料が流れないような縮流が発生しやすくなる。この結果、噴孔１８から噴出される燃料が薄膜化され、さらに微粒子化が促進される効果がある。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３における、燃料噴射弁のプレートを、バルブシートに接する側から見た模式図である。本実施の形態においては、プレートの形状以外は実施の形態１と同様な構造の燃料噴射弁である。本実施の形態では、実施の形態１と実施の形態２とにおける噴孔の位置を組み合わせたものである。本実施の形態では、図７に示すように、円周方向の外周通路２１の内周側に円周方向に形成された中間通路５１があり、噴孔１８は、外周通路２１の内側壁２１ｂより内周側でかつ中間通路５１の外側壁５１ａより外周側に形成されている。噴孔１８は、共通通路２４で外周通路２１および中間通路５１に連通されており、共通通路２４と外周通路２１あるいは中間通路５１とが交わる点が分割通路の交点２３となる。

このように構成された燃料噴射弁においては、噴孔１８の近傍の交点２３で燃料流同士が衝突して燃料流に大きな乱れが発生し、ひとつになった燃料流３４が共通通路２４を通って噴孔１８に到達する。そのため、噴孔１８から燃料が噴出するときに燃料の流れの乱れが大きく、その結果、燃料噴射粒子径の微粒子化が促進される。また、外周通路２１側の交点２３と、中間通路側の交点２３とが対向しており、それぞれの交点２３で衝突して共通通路２４に導かれた燃料流３４が噴孔１８で衝突するため、さらに燃料流３４の乱れが大きくなる。さらには、外周通路２１、中間通路５１および共通通路２４の断面積を調整することにより、対向する燃料流３４の強さを調整することができる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４の燃料噴射弁におけるプレートの噴孔の形成された部分を、バルブシートに接する側から見た模式図である。本実施の形態においては、プレートの形状以外は実施の形態１と同様な構造の燃料噴射弁である。本実施の形態では、図８に示すように、噴孔１８は、外周通路２１の外側壁２１ａより外周側に形成されており、外周通路２１と噴孔１８とを連通する共通通路２４の中心線上から噴孔１８の中心がずれた位置に形成されている。噴孔１８の周囲は円形通路５３となっている。

このように構成された燃料噴射弁においては、外周通路２１と共通通路２４との交点２３で燃料が衝突して大きな乱れが発生し、ひとつになった燃料流３４が共通通路２４を通って噴孔１８に到達するときに、円形通路５３の側壁に沿って流れるために、旋回流となる。その結果、旋回流となった燃料流３４が噴孔１８から噴出されるとき、傘状の薄膜の噴射となり、燃料噴射粒子径の微粒子化がさらに促進される。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５の燃料噴射弁におけるプレートの噴孔の形成された部分を、バルブシートに接する側から見た模式図である。本実施の形態においては、プレートの形状以外は実施の形態１と同様な構造の燃料噴射弁である。本実施の形態では、実施の形態３における噴孔の位置に、実施の形態４における噴孔の周囲の形状を組み合わせたものである。本実施の形態では、図９に示すように、円周方向の外周通路２１の内周側に円周方向に形成された中間通路５１があり、噴孔１８は、外周通路２１の内側壁２１ｂより内周側でかつ中間通路５１の外側壁５１ａより外周側に形成されている。噴孔１８は、共通通路２４で外周通路２１および中間通路５１に連通されている。共通通路２４のそれぞれの中心線が、噴孔１８の中心からそれぞれ逆方向にずれた位置に形成されている。噴孔１８の周囲は円形通路５３となっている。

このように構成された燃料噴射弁においては、外周通路２１あるいは中間通路５１と共通通路２４との交点２３で燃料が衝突して大きな乱れが発生し、ひとつになった燃料流３４が共通通路２４を通って噴孔１８に到達するときに、対向するそれぞれ燃料流３４が円形通路５３の側壁に沿って流れるために、旋回流となる。その結果、旋回流となった燃料流３４が噴孔１８から噴出されるとき、傘状の薄膜の噴射となり、燃料噴射粒子径の微粒子化がさらに促進される。

実施の形態６．
図１０は、実施の形態６の燃料噴射弁におけるプレートの噴孔の形成された部分を、バルブシートに接する側から見た模式図である。本実施の形態においては、プレートの形状以外は実施の形態１と同様な構造の燃料噴射弁である。本実施の形態では、ひとつの交点２３に対して、２つの噴孔１８をもつものである。ひとつの噴孔１８は、外周通路２１の外側壁２１ａより外周側に形成されており、他のひとつの噴孔１８は、外周通路２１の内側壁２１ｂより内周側に形成されている。それぞれの噴孔１８と外周通路２１とは、共通通路２４で連通されている。２つの共通通路２４の通路断面積Ａと、交点２３からそれぞれの噴孔１８までの長さＬとは、Ｌ／Ａ^１／２が１５以下、好ましくは８以下になるように形成されている。

このように構成された燃料噴射弁においては、交点２３で燃料が衝突して大きな乱れが発生し、燃料流３４が２つの共通通路２４をそれぞれに通って噴孔１８に到達するので、噴孔１８から燃料が噴出するときに燃料の流れの乱れが大きくなり、その結果、燃料噴射粒子径の微粒子化が促進される。さらに、外周通路２１より内周側に形成された噴孔１８では縮流が発生しやすくなり、噴出される燃料が薄膜化され、さらに微粒子化が促進される効果がある。

実施の形態７．
図１１は、実施の形態７における、燃料噴射弁の先端部分の一部拡大断面図である。図１０においては、燃料噴射弁の先端部分は円対称であるため、中心線から左の部分のみを示している。実施の形態１乃至６においては、燃料キャビティ１９はプレート１７に形成されていたが、本実施の形態においては、図１１に示すように、バルブシート１４に形成されている。燃料キャビティ１９の形状は、実施の形態１乃至６において示したものである。

このように構成することにより、実施の形態１乃至６と同様の効果を奏する。

なお、実施の形態１乃至５においては、燃料キャビティをプレートに形成し、本実施の形態においては、バルブシートに形成したが、図１２に示すようにバルブシート１４とプレート１７との両方に形成してもよい。このような場合においても、実施の形態１乃至６と同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の側面断面図である。 この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１によるプレートの模式図である。 この発明の実施の形態１による燃料キャビティでの燃料の流れを説明する模式図である。 この発明の実施の形態２によるプレートの模式図である。 この発明の実施の形態２による噴孔の拡大断面図である。 この発明の実施の形態３によるプレートの模式図である。 この発明の実施の形態４によるプレートの模式図である。 この発明の実施の形態５によるプレートの模式図である。 この発明の実施の形態６による噴孔の拡大断面図である。 この発明の実施の形態７による燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。 この発明の実施の形態７による燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁、 ２ 樹脂製ハウジング、 ３ 電磁コイル
３ａ ボビン、 ３ｂ コイル、 ４ 固定鉄心
５ 金属板、 ６ ターミナル、 ７ 圧縮バネ
８ アジャスタ、 ９ 磁気パイプ、 １０ 可動鉄心
１１ 非磁性パイプ、 １２ ニードルパイプ、 １３ ボール
１４ バルブシート、 １４ａ シート部、 １４ｂ ガイド部
１４ｃ 燃料通路、 １６ フィルタ、 １７ プレート
１８ 噴孔、 １９ 燃料キャビティ、 ２０ 直線通路
２１ 外周通路、 ２１ａ 外側壁、 ２１ｂ 内側壁
２２ 分割通路、 ２２ａ 分割通路、 ２２ｂ 分割通路
２３ 交点、 ２４ 共通通路、 ３１ 燃料流
３２ 燃料流、 ３３ 燃料流、 ３４ 燃料流
４１ａ 内側壁、 ４１ｂ 外側壁、 ５１ 中間通路
５２ａ 外側壁、 ５３ 円形通路

Claims (3)

1. 噴孔を備えたプレートと、
   このプレートに接して設けられ、燃料通路と弁座とを備えたバルブシートと、
   このバルブシートの上記弁座に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座から着座および離座するように往復移動可能な弁部材と、
   上記プレートあるいは上記バルブシートのいずれかに設けられ、上記噴孔と上記燃料通路とを連通する複数の分割通路を有し、上記噴孔の近傍で上記分割通路が交わるように構成された燃料キャビティと
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 分割通路が交わる位置から噴孔までの燃料キャビティの通路の長さをＬ、通路断面積をＡとしたときに、Ｌ／Ａ^１／２が１５以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 分割通路が交わる位置から噴孔までの燃料キャビティの通路の長さをＬ、通路断面積をＡとしたときに、Ｌ／Ａ^１／２が８以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

Images